多媒体课件中文本内容线索设计规则的眼动实验研究*

王 雪，王志军，付婷婷，李晓楠

(天津师范大学 教育科学学院，天津 300387)

多媒体课件中文本内容线索设计规则的眼动实验研究*

王 雪，王志军，付婷婷，李晓楠

(天津师范大学 教育科学学院，天津 300387)

多媒体课件中的文本内容线索分为内在线索、外在线索和“内在+外在”线索三种形式。将48名大学生分为三组，分别使用三种不同文本内容线索的多媒体课件进行学习，使用眼动仪实时记录学习者的视觉认知过程，并对学习者的学习效果进行测试。结果表明：文本内容线索效应显著，三组之间的学习效果和眼动数据具有显著差异，其中“内在+外在”线索组的学习效果和眼动行为最优，内在线索组次之，外在线索组则相对较差。通过实验结果总结出多媒体课件中文本内容线索设计的相关规则，期望对多媒体课件的文本内容设计起到一定的参考和借鉴作用。

多媒体课件；文本内容线索；眼动指标；学习效果

一、引言

在信息化教学环境之下，多媒体课件已经成为教学常用甚至是必备的一种教学手段，越来越多的课件出现在课堂内外[1]。多媒体课件融合了文字、图片、声音、动画和影像等多种媒体形式，并且具有交互功能。而在这种文、图、声、像多种信息的呈现方式之下，文本仍是学习者获取信息的最主要渠道，除文字本身表达的知识内容之外，其呈现和组织方式会对课件学习者的认知过程和学习效果产生影响[2]。根据Sweller的认知负荷理论[3]，对多媒体课件中的文本内容添加学习线索，能够帮助学习者有层次地建构文本内容的心理表征，并且根据文本内容的相对重要性合理分配认知资源，从而降低阻碍学习者学习的外在认知负荷，促进利于学习者学习的相关认知负荷，提高学习者基于文本内容学习的效果[4]。本研究通过眼动实验方法，探究不同类型的学习线索对学习者基于课件中文本内容学习的认知过程和学习效果的影响，从学习者认知规律的角度对多媒体课件中文本内容线索的设计给出建议，克服以往凭经验和相关艺术理论设计多媒体课件中文本的不足。

二、内在线索与外在线索

根据教学目标为学习者提供文本内容学习的线索和暗示，例如在学习者学习之前呈现要完成的学习任务，或对文本内容中的重点和难点内容添加特殊的标记，是多媒体课件中常用的两种手段。根据课件中的学习线索是否直接添加在文本内容上，可以将其划分为内在线索和外在线索。内在线索直接添加于文本内容之上，例如为了彰显学习内容的主题、结构、重点和难点，而对某些文字加注一些特殊的标记(加粗、变色、下划线、倾斜、阴影等)，如图1所示；外在线索则不直接添加于文本内容之上，而是在文本内容学习之前根据教学目的为学习者布置相关的学习任务，可以是文字形式，也可是语音形式[5]，图2所示的是文字形式的外在线索。

图1 多媒体课件中文本内容内在线索样例

图2 多媒体课件中文本内容外在线索样例

相对于教育技术领域对多媒体课件中文本内容线索效应研究的匮乏，心理学领域做了大量的相关研究。但就其研究的内容来看，大多集中于文本内容的内在线索上（心理学领域称之为“文章标记”），对文章标记的概念、分类以及影响文章标记的主客体因素开展了相关研究。Lorch、Richard、Mayer等认为文章标记是不用特别强调或界定而出现于文章中的、能给文章的重要内容或结构提供线索的词、短语、句子[6]。何先友和莫雷认为文章标记是在文章的不同位置出现的、本身不给文章带来任何新内容但能引起读者注意并强调文章结构或某一具体内容的词、短语或特殊符号[7]。Loman的研究将学习者分为高阅读能力和低阅读能力两种类型，研究学习者的阅读能力对文章标记效应的影响，结果发现标记能够显著地促进概念性信息的回忆，但没有发现对总回忆量的促进作用[8]。而Jenny 的研究则按照被试的阅读能力分为高水平、中等水平和低水平三个组，考查文章标记对他们理解文章的促进效应，发现标记对各种水平的读者都有促进效应，但阅读水平越低，促进效应越为明显。

上述这些研究主要以文章标记为研究内容，属于对文本内容内在线索效应的研究，缺乏对文本内容外在线索效应的研究，且这些研究大多以提高文章阅读效果为目的，缺乏直接针对多媒体课件中文本内容线索设计的应用探索。从研究方法上来看，心理学领域传统的文章标记效应研究往往以学习者的阅读效果为标准，测量的结果发生于认知过程结束之后，不能充分反映学习者的实时加工过程[9]。

三、方法

(一)实验目的

探究多媒体课件中文本内容的内在线索、外在线索、“内在+外在”线索对学习者的视觉认知过程和学习效果的影响，从而总结出文本内容线索的设计规则。

(二)实验仪器

眼动仪一台：本研究采用采样频率为120HZ的Tobii X120型眼动仪记录被试的眼动数据，并采用眼动仪配套的分析软件Tobii Studio 3.2进行眼动数据的处理。

工作站一台：用于运行实验程序，并向被试呈现多媒体课件学习材料。工作站的型号为惠普Z620，处理器为Intel Xeon E5-2063双核1.8GB，内存为12GB，显示器的宽高比为4:3，尺寸为19英寸，屏幕分辨率为1280×1024。

(三)被试

从天津师范大学教育科学学院的本科生中随机抽取48名，其中男生10名，女生38名。对被试的先前知识进行测试，确保所有被试具有同样的知识基础，并采用随机分组方式分配到三个实验组当中。

(四)实验设计

采用3(文本内容线索)×1单因素被试间的实验设计。

自变量为多媒体课件中的文本内容线索，分为三个水平：内在线索、外在线索、“内在+外在”线索。

因变量为学习者的眼动指标和学习效果。眼动指标具体包括总注视次数、平均注视点持续时间和总注视时间；学习效果则包括学习者的保持测试成绩、迁移测试成绩、总成绩、线索区成绩和非线索区成绩。对于各因变量的解释如下：

总注视次数：人为了看清楚某一事物，两只眼睛必须保持一定的方位，才能使物体成像在视网膜上。这种将眼睛对准事物的活动叫注视，一次注视也称为一个注视点。总注视次数是指一个兴趣区(或一组兴趣区)内所有的注视点个数，反映了学习者对兴趣区的注意程度和学习策略[10]。

平均注视点持续时间：是指视线停留在每个注视点上平均所用的时间，反映了学习者对学习材料的加工程度和认知负荷，认知负荷越大则平均注视点持续时间越长[11]。

总注视时间：是指一个兴趣区(或一组兴趣区)内所有注视点的持续时间总和，反映了学习者对学习材料的加工程度。

保持测试成绩：对知识记忆的测量，反映学习的数量[12]。

迁移测试成绩：对知识理解和应用的测量，反映学习的质量[13]。

总成绩：保持性测试和迁移性测试成绩之和。

线索区成绩：与添加线索的文本内容高度相关的题项的成绩之和，反映文本内容线索对线索区文本学习效果的直接影响。

非线索区成绩：与添加线索的文本内容不相关的题项的成绩之和，反映文本内容线索对非线索区文本学习效果的影响。

(五)实验材料

被试基本信息问卷：用于获取被试的性别、年龄、专业等基本信息。

先前知识问卷：用于测量被试的先前知识，包括与学习材料中知识相关的4道单选题。

多媒体课件学习材料三套：三套多媒体课件学习材料中均仅包含一个文本内容页面，主题均为“塑料袋的科学迷思”(选自2008年北京高考语文阅读理解题)，文本内容一致，包括“使用塑料袋带来的问题”“塑料袋的降解”“寻求塑料袋的替代品”三部分内容。其中材料一添加了内在线索，对文中标题、主题结构、总结性语句和数字信息同时进行了加粗和添加下划线；材料二添加外在线索，在学习材料呈现之前向学习者明确学习目标、布置学习任务，让学习者明确通过课件中文本的学习要掌握学习材料的基本结构，重点记忆理解文中的数字和总结性语句；材料三添加了“内在+外在”线索，既添加了与材料一相一致的内在线索，又添加了与材料二相一致的外在线索。

学习效果测试材料：三组被试都使用同一套测试问卷测量学习效果。效果测试材料共包括11道测试题，其中保持测试7道，迁移测试4道，保持测试题目中有3道与添加线索的文本内容高度相关，迁移测试题目中有2道与添加线索的文本内容高度相关。例如，保持测试中的题目“请回忆文章中所提到的主题有哪些？”，迁移测试中的题目“在可降解的塑料袋发明之前，解决塑料袋污染环境问题最有效的方式是什么？为什么？”，这两个问题均出自于添加线索部分的文本内容。

(六)实验过程

48名被试被随机分配到三个实验组当中。每个被试学习一套实验材料，学习的同时由眼动仪记录眼动指标，学习完成后进行学习效果测试。具体过程如下：

1.被试填写基本信息问卷、先前知识问卷；

2.主试引导被试进入眼动实验室，坐在距离眼动仪60CM的椅子上，并向被试说明本实验为非侵入性的，学习成绩与考试无关，使被试放松心情；

3.进行眼动定标，定标完成后呈现实验指导语。被试开始学习对应的学习材料，在学习完成之后按空格键结束学习；

4.被试完成学习效果测试题目。

四、数据分析

(一)学习效果分析

1.保持测试成绩、迁移测试成绩和总成绩分析

对被试的学习效果进行统计，11个题目共22分，答对一个知识要点计1分，答错计0分，分别记录每个被试的保持测试成绩、迁移测试成绩和总成绩。使用SPSS17.0对学习成绩进行统计分析。内在线索组、外在线索组和“内在+外在”线索组的保持测试成绩、迁移测试成绩和总成绩的平均值和标准差如表1所示。

表1 不同实验组的得分情况(M±SD)

从表1可以看出，学习者学习不同线索的学习材料时，保持测试成绩、迁移测试成绩和总成绩均有不同。其中保持测试成绩“内在+外在”线索组最高，内在线索组居中，外在线索组最低；迁移测试成绩内在线索组最高，“内在+外在”线索组居中，外在线索组最低；总成绩“内在+外在”线索组最高，内在线索组居中，外在线索组最低。

为了进一步考察不同的文本内容线索的条件之下三组之间各项成绩是否具有显著性差异，对三组的保持测试成绩、迁移测试成绩和总成绩进行了Oneway方差分析，结果发现：保持测试成绩三组间差异达到极显著水平(F=10.909，P=0.000＜0.01)；迁移测试成绩三组间差异不显著(F=0.940，P=0.398＞0.05)；总成绩三组间差异达到极显著水平(F=6.492，P=0.003＜0.01)。

使用LSD对差异显著的保持测试成绩平均值和总成绩平均值进行事后多重比较发现：(1)保持测试成绩。“内在+外在”线索组与内在线索组、外在线索组之间具有极其显著的差异(P=0.001＜0.01，P=0.000＜0.01)，内在线索组与外在线索组之间差异不显著(P=0.319＞0.05)；(2)总成绩。“内在+外在”线索组与外在线索组之间具有极其显著的差异(P=0.001＜0.01)，“内在+外在”线索组与内在线索组之间差异不显著(P=0.052＞0.05)，内在线索组与外在线索组之间差异也不显著(P=0.116＞0.05)。

2.线索区和非线索区成绩分析

为了直接考察多媒体课件的文本内容线索对学习者学习效果的影响，对测试题当中5道与添加线索的文本内容高度相关的成绩计为线索区成绩，其余的计为非线索区成绩，对各组的线索区成绩和非线索区成绩进行统计分析，进一步探索文本内容线索对学习者学习效果的影响。线索区成绩和非线索区成绩的平均值和标准差如表2所示。

表2 不同实验组的线索区和非线索区成绩(M±SD)

从表2可以看出，学习者学习不同线索的学习材料时，线索区成绩、非线索区成绩均有不同。其中线索区成绩，“内在+外在”线索组最高，内在线索组居中，外在线索组最低；而非线索区成绩，内在线索组和外在线索组略高于“内在+外在”线索组，但差距不大。

对三组的线索区成绩和非线索区成绩进行了Oneway方差分析，结果发现：线索区成绩三组间差异达到极显著水平(F=10.239，P=0.000＜0.01)；非线索区成绩三组间差异不显著(F=0.038，P=0.962＞0.05)。

使用LSD对差异显著的线索区成绩平均值进行事后多重比较发现，“内在+外在”线索组与内在线索组之间具有显著的差异(P=0.014＜0.05)，“内在+外在”线索组与外在线索组之间具有极其显著的差异(P=0.000＜0.01)，内在线索组与外在线索组之间差异不显著(P=0.057＞0.05)。

(二)眼动指标分析

1.总注视次数、总注视时间、平均注视点持续时间分析

对被试使用不同文本内容线索的多媒体课件进行学习时的眼动指标(总注视次数、总注视时间、平均注视点持续时间)进行统计分析，各眼动指标的平均值和标准差如表3所示。

表3 不同实验组的眼动指标情况(M±SD)

从表3可以看出，学习者学习不同线索的学习材料时，其眼动指标总注视次数、总注视时间、平均注视点持续时间均有不同。其中总注视次数：“内在+外在”线索组最高，内在线索组居中，外在线索组最低；平均注视点持续时间：内在线索组最高，“内在+外在”线索组居中，外在线索组最低；总注视时间：“内在+外在”线索组最高，内在线索组居中，外在线索组最低。

对三组的总注视次数、平均注视点持续时间和总注视时间进行Oneway方差分析，结果发现：总注视次数三组间差异达到显著水平(F=4.760，P=0.044＜0.05)；平均注视点持续时间三组间差异不显著(F=0.482，P=0.621＞0.05)；总注视时间三组间差异达到显著水平(F=4.176，P=0.047＜0.05)。

使用LSD对差异显著的总注视次数和总注视时间进行事后多重比较发现：(1)总注视次数。“内在+外在”线索组与外在线索组之间具有显著的差异(P=0.023＜0.05)，内在线索组与外在线索组之间差异不显著(P=0.272＞0.05)，“内在+外在”线索组与内在线索组之间差异不显著(P=0.223＞0.05)；(2)总注视时间。“内在+外在”线索组与外在线索组之间具有显著的差异(P=0.048＜0.05)，内在线索组与外在线索组之间差异不显著(P=0.158＞0.05)，“内在+外在”线索组与内在线索组之间差异不显著(P=0.556＞0.05)。

2.线索区和非线索区的眼动指标分析

为了直接考察文本内容线索对学习者眼动指标的影响，对各组的线索区眼动指标和非线索区眼动指标进行统计分析，进一步探索文本内容线索对学习者视觉认知过程的影响。三组线索区眼动指标和非线索区眼动指标的平均值和标准差如表4所示。

表4 不同实验组的线索区和非线索区的眼动指标情况(M±SD)

从表4可以看出，学习者学习不同线索的学习材料时，线索区和非线索区的眼动指标均有不同。线索区：总注视次数和总注视时间，“内在+外在”线索组平均值最高，内在线索组平均值居中，外在线索组平均值最低；平均注视点持续时间，内在线索组平均值最高，“内在+外在”线索组平均值居中，外在线索组平均值最低。非线索区：三组之间的各眼动指标差别不大。

对三组的线索区和非线索区眼动指标进行Oneway方差分析，结果发现：线索区，总注视次数(F=4.028，P=0.025＜0.05)和总注视时间(F=3.349，P=0.045＜0.05)三组之间都达到了显著差异，而平均注视点持续时间三组之间差异不显著(F=1.091，P=0.345＞0.05)。非线索区，总注视次数(F=1.816，P=0.174＞0.05)、平均注视点持续时间(F=0.315，P=0.731＞0.05)、总注视时间(F=1.471，P=0.241＞0.05)三组之间差异均不显著。

使用LSD对线索区各眼动指标平均值进行事后多重比较发现：(1)总注视次数。“内在+外在”线索组与外在线索组之间具有极其显著的差异(P=0.007＜0.01)，“内在+外在”线索组与内在线索组之间差异不显著(P=0.234＞0.05)，内在线索组与外在线索组之间差异不显著(P=0.112＞0.05)；(2)平均注视点持续时间，三组之间差异不显著；(3)总注视时间。“内在+外在”线索组与外在线索组之间具有显著的差异(P=0.017＜0.05)，“内在+外在”线索组与内在线索组之间差异不显著(P=0.511＞0.05)，内在线索组与外在线索组之间差异不显著(P=0.075＞0.05)。

3.注视热点图

眼动仪可以将所有学习者的眼动轨迹按照受关注程度的不同使用不同的颜色进行标注，形成注视热点图。注视点密集的区域用红色表示，随着注视点密集程度的下降，颜色逐渐由红色变为黄色，最终过渡到绿色。三个实验组的注视热点如图3、图4、图5所示。

图3 内在线索组注视热点图

图4 外在线索组注视热点图

图5 “内在+外在”线索组注视热点图

从图3-5中可以看出，“内在+外在”线索组的注视热点最为集中，且主要集中于添加线索的区域，而内在线索组和外在线索组的注视热点较分散。这表明学习者在学习“内在+外在”线索组的学习材料时注意力最为集中，而在学习内在线索组和外在线索组的学习材料时，注意力则相对比较分散。

五、讨论

(一)文本内容线索对学习者学习效果的影响

实验结果表明，不同的文本内容线索之下，学习者的学习效果表现出明显的不同。

保持测试成绩从“内在+外在”线索组、内在线索组至外在线索组依次降低，“内在+外在”线索组显著优于内在线索组和外在线索组，内在线索组和外在线索组之间的差异不显著。这表明文本内容线索对学习者的保持测试成绩具有显著的影响，学习者通过“内在+外在”线索的学习材料进行学习记住了更多的知识内容，学习数量更高。

迁移测试成绩从内在线索组、“内在+外在”线索组至外在线索依次略微降低，但三组间差异不显著。这表明文本内容线索对学习者的迁移测试成绩影响不大，学习者的知识理解和应用能力即学习质量基本不受其影响。

总成绩从“内在+外在”线索组、内在线索组至外在线索组依次降低，“内在+外在”线索组显著优于外在线索组，“内在+外在”线索组与内在线索组之间差异不显著，内在线索组与外在线索组之间差异也不显著。这表明文本内容线索对学习者总的学习效果具有显著的影响，学习者通过“内在+外在”线索的学习材料进行学习获得了更好的学习效果。

线索区和非线索区成绩的对比分析表明，不同的文本内容线索对线索区成绩具有显著的影响，而对非线索区成绩影响不大。“内在+外在”线索组的线索区成绩显著优于内在线索组和外在线索组，内在线索组与外在线索组之间的线索区成绩差别不显著。这表明文本内容线索对与线索相关的文本内容的学习具有显著的影响，学习者通过“内在+外在”线索的学习材料进行学习取得了更好的线索区成绩。

(二)文本内容线索对学习者眼动指标的影响

实验结果表明，不同的文本内容线索之下，学习者的眼动指标表现出明显的不同。

总注视次数和总注视时间从“内在+外在”线索组、内在线索组至外在线索组依次降低，“内在+外在”线索组显著多于外在线索组，内在线索组与外在线索组之间以及“内在+外在”线索组与内在线索组之间差异都不显著。这表明文本内容线索对总注视次数和总注视时间具有显著的影响。学习者通过“内在+外在”线索的学习材料进行学习时总注视次数和总注视时间最多，这与学习效果正向相关，即总注视次数和总注视时间越多，学习效果越好。

平均注视点持续时间从内在线索组、“内在+外在”线索组至外在线索组依次降低，但三组之间差异不显著。而平均注视点持续时间越长，占用学习者的认知资源就越多，学习者的认知负荷就越重。实验结果表明，不同的文本内容线索没有对学习者造成额外的认知负荷，只是有效地引导了学习者的注意力，帮助学习者合理分配了认知资源，使学习者在有限时间内将认知加工资源更多地集中于与线索相关的文本内容之上。对线索区和非线索区的眼动指标分析结果也进一步证实了这一点。线索区的总注视次数和总注视时间三组之间差异显著，“内在+外在”线索组的总注视次数和总注视时间最多，线索区的平均注视点持续时间三组间差别不显著，而非线索区的各项眼动指标则没有太大差别。眼动数据的分析从学习者视觉认知过程的角度更深层次地证实和解释了学习者良好学习效果产生的过程和条件。

六、结论与展望

从学习效果上来看，“内在+外在”线索组学习效果最优，内在线索组次之，外在线索组最差。从眼动指标上来看，“内在+外在”线索组的眼动行为最优，内在线索组次之，外在线索组最差。眼动指标和学习效果正向相关，即眼动指标越优，学习效果就越好。上述的结论可以为今后的多媒体课件中文本内容线索的设计提供参考。由于“内在+外在”线索从学习者视觉认知和学习动机的角度起到了双重引导作用，发挥了更明显的线索效应，是最佳的线索设计方案；内在线索对学习者的视觉认知起到了良好的引导作用，是次选的线索设计方案；而外在线索仅从学习者的学习动机角度为学习者的学习提供引导，效果则相对最弱。

需要注意的是，受实验条件所限，实验中的被试女生多、男生少，实验结论是在以女生为主的实验对象之下成立的。因此，在后续研究中要充分考虑实验对象对研究结论的影响，选取不同性别、多年龄层次、不同认知风格等多类型的被试作为研究对象，提高研究结论的可推广性。另外，多媒体课件的呈现设备类型是多样的，例如传统的计算机屏幕和目前流行的各类移动设备(手机、平板电脑等)，而各种呈现设备的屏幕大小、分辨率和操作方式等是有所区别的，这对学习者的基于文本内容的学习会产生影响，实验中所用的多媒体课件学习材料由计算机屏幕呈现，因此移动设备下的多媒体课件中文本内容线索效应仍需进一步探究。

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王雪：实验师，在读博士，研究方向为多媒体画面语言、多媒体技术与网络远程教育应用、实验技术(9241938@qq.com )。

王志军：教授，博士生导师，研究方向为多媒体画面语言、多媒体技术与网络远程教育应用(army.w@163.com )。

付婷婷：在读硕士，研究方向为多媒体画面语言、数字媒体(futing901206@163.com)。

李晓楠：在读硕士，研究方向为多媒体画面语言、数字媒体(382960727@qq.com)。

2015年3月10日

责任编辑：赵兴龙

The Eye Movement Study on the Design of Text Clues in Multimedia Courseware

Wang Xue, Wang Zhijun, Fu Tingting, Li Xiaonan
(School of Education, Tianjin Normal University, Tianjin 300387)

There are three forms of text clues which were internal clues, external clues and “internal + external” clues in multimedia courseware. This eye movement study was to explore the learning effects and eye movement index of corresponding texts clues. 48 college students involved in this study were divided into 3 groups. The results showed that the effect of texts clues was significant. There existed significant differences of learning effects and eye movement index between 3 groups. The learning effects and eye movement index of the group of “internal + external” clues was the best, the group of internal clues was the medium and the group of external clues was the worst. According to the results, some rules about text clues in multimedia courseware were summarized.

Multimedia Courseware; Text Clues; Eye Movement Index; Learning Effects

G434

A

1006—9860(2015)05—0099—06

* 本文系天津市教育科学规划重点课题“数字化教学资源中多媒体画面视觉认知规律及教育应用研究”(项目编号：CEXII2002)、天津市哲学社会科学规划课题“基于项目开发实践的大学生实践能力培养模式研究”(项目编号：TJJX12-058)的阶段性研究成果。